應(yīng)用響應(yīng)面設(shè)計分析法研究碳酸錳吸收微波的性能

1、應(yīng)用響應(yīng)面設(shè)計分析法研究碳酸錳吸收微波的性能應(yīng)用響應(yīng)面設(shè)計分析法研究碳酸錳吸收微波的性能馬少健1，梁玉石2，封金鵬1，莫偉1，蘇秀娟1(1.廣西大學(xué)資源與冶金學(xué)院，南寧530004；2.廣西大學(xué)環(huán)境學(xué)院，南寧530004)摘要：摘要：以碳酸錳為微波吸收材料，考察了微波輸出功率、微波輻射時間、樣品堆積厚度和樣品質(zhì)量等因素對微波吸收率的影響。基于單因素條件影響試驗結(jié)果，采用響應(yīng)面法進(jìn)行試驗設(shè)計、方差分析、曲面分析及模型優(yōu)化。結(jié)果表明，各因素

2、影響顯著程度為：微波功率樣品堆積厚度樣品質(zhì)量輻射時間，且交互影響不顯著。當(dāng)微波功率為675W、作用時間為131.5s、樣品堆積厚度為15.4mm、樣品質(zhì)量為153.6g時，碳酸錳的微波吸收率模擬值最優(yōu)為6.28%，與實際試驗結(jié)果（5.89%）能較好吻合，誤差約為6.6%。響應(yīng)面分析法對礦物微波處理過程的因素影響程度有較好的預(yù)測性。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：微波；碳酸錳；響應(yīng)面設(shè)計分析法中圖分類號：中圖分類號：TB34文獻(xiàn)標(biāo)識碼：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章

3、編號：文章編號：10077545（2012）02000000StudyonMicrowaveAbsbingPropertyofManganeseCarbonateUsingResponseSurfaceMethodologyMAShaojian1LIANGYushi2FENGJinpenga1MOWei1SUXiujuan1(1.CollegeofResourcesMetallurgyGuangxiUniversityNanning53

4、0004China2.SchoolofEnvironmentGuangxiUniversityNanning530004China)Abstract：Manganesecarbonatewasusedasmicrowaveabsbingmaterial.Theeffectsofmicrowavepowertreatingtimethicknessmassofsamplesonmicrowaveenergyabsptionratewere

5、investigated.Basedonsinglefactexperimentalresultsresponsesurfacemethodology(RSM)wasadoptedtodesigntheoptimizedexperimentsanalyzethevariancecurvedsurfacestooptimizetheparametersoffittedmathematicalmodel.Thesimulatedresult

6、sindicatedthatthesignificantleveloffactsweremicrowavepowerthicknessmassofsamplestreatingtimeinderrespectively.Theinteractionbetweentwoofthesefactswasnotsignificant.Theoptimizedconditionswerefoundas:microwavepowerwas675Wt

7、imewas131.5sthicknesswas15.4mmmassofsampleswas153.6g.Undertheseconditionsthepredictedabsptionratereached6.28%bythefittedmodelwhiletheactualexperimentalvaluewasabout5.89%withsmallrelativeerrtothefmer.Therefeitshowedthatre

8、sponsesurfacedesignitsanalysishadagoodpredictedperfmanceinmicrowavetreatmentprocessofminerals.Keywds：microwavemanganesecarbonateresponsesurfacemethodology近年來，微波加熱作為一種清潔高效的加熱技術(shù)在礦冶領(lǐng)域已經(jīng)開始受到廣泛研究，主要應(yīng)用于碎礦、磨礦、干燥、焙燒、難處理礦石的預(yù)處理等方面

9、[1]。影響微波加熱效果的因素很多、影響過程也較復(fù)雜，尤其很難確定各因素影響與礦物微波吸收效果之間的數(shù)量關(guān)系。為了實現(xiàn)微波加熱效能的高效利用，有必要對此二者之間的相關(guān)性進(jìn)行深入研究。響應(yīng)面法是一種基于多個因素函數(shù)并在三維曲面中直觀地表達(dá)預(yù)測函數(shù)模型的設(shè)計優(yōu)化和分析方法，它由一組數(shù)值分析方法和數(shù)理統(tǒng)計學(xué)方法組成，可用于確定各因素及其交互作用在各種工藝過程中對非獨(dú)立變量的影響，可以精確地表述因素和響應(yīng)值之間的關(guān)系。響應(yīng)面方法在化學(xué)工業(yè)、工程

10、技術(shù)、機(jī)械產(chǎn)品甚至成本估算評價等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用[2–4]，與其他優(yōu)化方法相比具有省時及工作量少的特點(diǎn)[5]。文獻(xiàn)報道[6–7]，礦樣種類、質(zhì)量、粒度、體積密度、厚度、水分含量、微波輻射時間、溫度和功率等許多因素均會影響其吸收微波的效果。為探清各因素與礦物材料吸收微波能力之間的關(guān)系，本文引入響應(yīng)面設(shè)計和分析方法對這些條件因素的影響程度進(jìn)行考察，以獲得材料最優(yōu)微波吸收能力的試驗條件參數(shù)。1試驗試驗1.1原料和儀器原料和儀器試驗原料為分析

11、純碳酸錳，含Mn44.0%～48.0%；微波加熱設(shè)備為XH300A型電腦微波萃取儀。基金項目基金項目：教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃項目(NCET100091)；廣西自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目（2010GXNSFD013005）DOI：10.3969j.issn.10077545.2012.02.003當(dāng)微波輸出功率為800W，樣品堆積厚度為14mm，樣品質(zhì)量130g時，微波輻射時間在30～60s這個時間段內(nèi)微波吸收率增長迅速，由此推斷，在微波

12、作用初始階段，微波的消耗主要用于礦樣內(nèi)部分子的極化，大量極化分子運(yùn)動產(chǎn)生熱量。隨著微波輻射時間的延長，微波吸收率的增長速率變緩，當(dāng)微波輻射時間為150s時，碳酸錳粉末對微波能吸收率達(dá)到最大（5.41%）。012345602505007501000pWδ%(a)輸出功率輸出功率0123456050100150200250tsδ%(b)輻射時間輻射時間0123456051015202530tHmmδ%(c)樣品厚度樣品厚度012345605

13、0100150200250mgδ%(d)樣品質(zhì)量樣品質(zhì)量圖1單因素條件試驗結(jié)果單因素條件試驗結(jié)果Fig.1Resultsofsinglefactexperiment2.1.3樣品厚度樣品厚度當(dāng)微波輸出功率為800W，輻射時間為120s，樣品質(zhì)量為130g，樣品堆積厚度小于16mm時，隨著礦樣堆積厚度的增加，樣品吸收微波的能力也逐漸增大，當(dāng)樣品厚度為16mm時，微波吸收率達(dá)到5.36%。當(dāng)樣品堆積厚度進(jìn)一步增加時，微波吸收率出現(xiàn)減小趨勢。

14、原因可能是隨著樣品堆積厚度增加，堆積橫截面積變??；截面積越小，由微波爐底部放射出來的微波更易于被上部的水所吸收而消耗，而用于樣品加熱的微波能量相對減少，故樣品的微波吸收率減少。2.1.4樣品質(zhì)量樣品質(zhì)量當(dāng)微波輸出功率為800W，輻射時間為120s，樣品堆積厚度為14mm，樣品質(zhì)量小于150g時，隨著樣品質(zhì)量的增加，微波吸收率逐漸增加，當(dāng)樣品質(zhì)量為150g時，微波吸收率達(dá)到5.29%。當(dāng)質(zhì)量繼續(xù)增大時，微波吸收率反而下降。樣品的表面積增大

15、，使得與微波的接觸幾率增大，能產(chǎn)生偶極子轉(zhuǎn)向極化和界面極化的分子變多，因而微波吸收率也增大，上述結(jié)果表明，微波輸出功率、微波加熱時間、樣品堆積厚度和樣品質(zhì)量4個因素均會對碳酸錳微波吸收率產(chǎn)生影響；在單因素試驗條件下，碳酸錳較佳的微波加熱條件為：微波輸出功率750W，微波輻射時間150s，樣品堆積厚度16mm，樣品質(zhì)量150g。下面將采用響應(yīng)面法對各因素的影響顯著程度進(jìn)行試驗設(shè)計與分析。2.2響應(yīng)面設(shè)計與結(jié)果響應(yīng)面設(shè)計與結(jié)果根據(jù)BoxBe